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Electronique > Théorie > Commutateurs (interrupteurs, inverseurs, rotacteurs, etc)

Dernière mise à jour : 22/04/2018

Présentation

Un commutateur électro-mécanique permet de couper, d'établir ou d'orienter un courant électrique entre deux bornes de contacts au moins. Le plus connu est sans doute l'interrupteur, car il équipe la grande majorité des appareils électriques ou électroniques que nous utilisons au quotidien (aspirateur, poste de télé, chaîne hifi, etc). Un commutateur présente certaines caractéristiques électriques et mécaniques qu'il convient de bien choisir en fonction de l'application envisagée. Ces caractéristiques sont les suivantes :

• Type de contacts : permanents ou momentanés.
• Nombre de contacts : interrupteur simple, inverseur double, etc.
• Caractéristiques électriques : courant maximal, tension maximale.
• Forme mécanique : à glissière, à bascule, à clef, rotatif, etc.

Suit ici la description de quelques modèles de commutateurs uniquement électromécaniques (je ne parlerai pas ici de commutateurs électroniques). Vous en reconnaîtrez sûrement au moins un parmi eux...

Appellations...

Mais avant tout, parlons un peu de ces mots que l'on ne comprend pas toujours très bien, et qui sont utilisés pour décrire les commutateurs. Vous avez bien lu ou entendu un jour le terme "DPDT", non ? Eh bien le croirez-vous, DPDT signifie "Double Pole Double Throw". Nous voilà bien avancés !

• Pole (pôle) : nombre d'ensembles de contacts
• Throw : nombre de positions de contact, simple ou double
• Momentary (momentané, ou fugitif) : le bouton revient dans sa position initiale quand on le relâche
• Open (ouvert) : position OFF, contacts électriques non établis
• Closed (fermé) : position ON, contacts électriques établis
• NO (Normally Open) : position OFF au repos, contacts électriques non établis
• NC (Normally Closed) : position ON au repos, contacts électriques établis

Prenons un premier exemple, celui de l'interrupteur simple. Ce type de composant ne possède qu'un seul ensemble de contacts (Single Pole) et une seule position de contact possible (Single Throw). Il s'agit donc d'un SPST. Deuxième exemple, pratique pour ceux qui veulent se bidouiller une pédale d'effet pour leur guitare, avec un true bypass : le double inverseur. Ce type de composant possède deux ensembles de contacts puisqu'il s'agit d'un double inverseur (donc Double Pole), et possède deux positions de contact possibles puisqu'il s'agit d'un double inverseur (donc Double Throw). Et hop, nous voilà en présence d'un DPDT ! Un peu moins obscur ?

RT, 2RT, 4RT ?

Les types de contacts sont parfois dénommés RT, pour Repos-Travail. Si vous lisez 2RT, c'est que le commutateur possède deux circuits distincts Repos-Travail. Que vous pouvez par exemple utiliser pour commuter un signal audio stéréo. 4RT signifie que le commutateur est doté de 4 circuits de commutation distincts, et RT signifie qu'un seul circuit de commutation est disponible.

Contacts permanents ou fugitifs (momentanés) ?

Pour les interrupteurs et les inverseurs à levier, les contacts sont le plus souvent permanents. C'est-à-dire que si vous changez la position du levier et que vous le relâchez, il reste dans la dernière position. Certains interrupteurs et inverseurs à levier sont cependant de type fugitifs (momentanés), ce qui signifie qu'au moment de leur relâchement, ils reprennent la position qu'ils avaient avant de les manipuler. Au moment de l'achat, assurez-vous qu'il s'agisse du bon type, en vous aidant au besoin du tableau ci-dessous.

Appellation	Type (momentané ou permanent)
Bouton poussoir	Momentané
Poussoir standard	Momentané
Poussoir de tableau	Momentané
Poussoir momentané	Momentané
Poussoir à enclenchement	Permanent
Commutateur à poussoir	Permanent
Inverseur On-Off-On	Momentané ou permanent
Rotacteur (commutateur rotatif)	Permanent

Correspondance Forme / Schéma

Ce qui suit est vrai pour certains interrupteurs ou inverseurs (on pourrait presque dire pour la majorité), mais on ne peut pas généraliser car il existe d'autres formes de commutateurs dont l'agencement des contacts diffère. J'ai utilisé les appellations AC, A1 et A2 (avec en plus BC, B1 et B2 pour les doublets, CC, C1 et C2 pour les triplets, DC, D1 et D2 pour les quadruplets) :



Mais cette appellation A/B/C/D est arbitraire, certains fabricants utilisent des numéros :



Exemple pratique avec un modèle 4PDT (quadruple inverseur) :



Le fait d'actionner le levier du quadruple inverseur fait basculer les points communs (broches 2, 5, 8 et 11) vers une rangée de contacts (broches 1, 4, 7 ou 10) ou vers l'autre rangée de contacts (broches 3, 6, 9 ou 12). D'un point de vue électrique, les quatre inverseurs sont totalement indépendants les uns des autres. Dans tous les cas, les lettres et/ou chiffres facilitent la correspondance entre schéma électrique et dessin mécanique... s'ils sont indiqués !

Travail / repos

Sur les schémas électriques ci-avant, les contacts sont montrés en position repos. Avouons toutefois que parler de position Repos est plus significatif pour un interrupteur que pour un inverseur. En effet, un interrupteur ne possède que deux contacts électriques (AC et A1, ou 1 et 2) qui sont fermés (en contact direct) ou ouverts (isolés l'un de l'autre). Alors que pour l'inverseur, on à un contact central (AC ou 2) qui va soit d'un côté (A1 ou 1), soit de l'autre (A2 ou 3). Il y a donc toujours un contact au travail, pendant que l'autre est au repos.

Interrupteurs et inverseurs, contacts fugitifs ou permanents

Quelques exemples d'interrupteurs, d'inverseurs, de commutateurs rotatifs ou à glissières, de boutons poussoirs...

Exemple	Type	Descriptif	Nb contacts
	SPST	Interrupteur simple (unipolaire)	1 x 2
	SPST	Poussoir simple (unipolaire)	1 x 2
	SPST	Poussoir simple (unipolaire)	1 x 2 (dupliquées)
	SPST	Interrupteur simple à clef	1 x 2
	SPDT	Inverseur simple (unipolaire)	1 x 3
	SPDT	Inverseur simple de puissance (pour commut. secteur)	1 x 3
	DPDT	Inverseur double (bipolaire)	2 x 3
	TPDT (3PDT)	Triple inverseur (tripolaire)	3 x 3
	QPDT (4PDT)	Quadruple inverseur (tétrapolaire)	4 x 3
	"YPZT" 1P12T 2P6T 3P4T 4P3T	Commutateur rotatif 1 x 12 positions ou 2 x 6 positions ou 3 x 4 positions ou 4 x 3 positions	1 x (12 + 1) ou 2 x (6 + 1) ou 3 x (4 + 1) ou 4 x (3 + 1)
	"X x YPZT" par ex. : 3 x 1P12T	Même chose que ci-avant, mais avec plusieurs galettes empilables	1 x (12 + 1) ou 2 x (6 + 1) ou 3 x (4 + 1) ou 4 x (3 + 1) x Nb galettes
	8 x SPST	Interrupteurs simples format DIL16 (format circuit intégré)	8 x 2

Tension / Courant / Puissance

Les commutateurs doivent être choisis pour le nombre de contacts désirés, mais aussi pour leur puissance. Bien sûr, pour commuter des signaux audio au niveau ligne (signal électrique de quelques centaines de mV ou de quelques V), point besoin de grosse puissance, le courant requis est minime. Mais pour les applications où doivent circuler des courants importants, c'est un "détail" à bien prendre en compte. Attention aux publicités qui mentionnent pour seule valeur de courant, celui qui correspond au courant maximal toléré s'il est de brève durée, s'il dure par exemple 10 ms. Il faut vraiment se renseigner sur la valeur du courant admissible en régime permanent, c'est celui-là qu'il faut regarder en premier. Notez que le courant permanent max spécifié pour un fonctionnement sous basse tension ne sera sans doute pas celui toléré pour un fonctionnement sous tension plus importante. Par exemple, on peut trouver un interrupteur de puissance donné pour 150 A en pointe, 90 A pendant 10 ms, et qui ne supporte que 15 A en permanent. Ce courant permanent toléré peut de plus être revu à la baisse si l'interrupteur se trouve dans un circuit coupant une charge selfique (transfo ou moteur). L'interrupteur donné ci-avant en exemple pour 150 A en pointe peut ainsi être limité à 6 A permanent pour la commande d'une charge selfique.
Les petits interrupteurs destinés à être montés directement sur circuit imprimé (microswitches, poussoirs miniatures) supportent en général quelques dizaines de mA, ce qui est suffisant pour des commandes logiques. Les commutateurs rotatifs standards peuvent commuter des courants de quelques centaines de mA (quelques A en pointes). Les encodeurs numériques quant à eux sont conçus pour commuter des courants de l'ordre du mA (entre 0,5 mA et 1,5 mA en général).

Commutateurs rotatifs

Il existe plusieurs familles de commutateurs rotatifs, mais les plus fréquents (et les moins chers) de ceux utilisés par les amateurs sont sans doute ceux dont les photos suivent.

 

Le premier type, de type mono-galette, convient quand il s'agit de disposer de 1 pôle à 12 voies (1P12T), de 2 pôles à 6 voies (2P6T), de 3 pôles à 4 voies (3P4T), ou de 4 pôles à 3 voies (4P3T). Pour des besoins supérieurs, tels que 3 x 3P4T, on peut utiliser un commutateur multi-galettes, où toutes les galettes sont de même type (le plus courant mais pas obligatoire) et sont actionnées en même temps par un axe de rotation unique (deuxième et troisième photo ci-avant). Pour ce qui est du câblage des mono-galette standards, c'est assez simple : les pattes des points de sélection sont numérotées de 1 à 12, et les points communs sont nommés de A à D. Les dessins qui suivent représentent les quatres types de mono-galette mentionnés ci-avant.



Exemple d'utilisation dans une boîte de type A/B

Modèle 1P12T

Dessin en haut à gauche
En tournant l'axe du rotacteur, le point commun A (au centre du commutateur) peut être relié électriquement à l'une des douze bornes 1 à 12 (points "externes" disposés en cercle), toujours une seule borne à la fois. L'axe du rotacteur peut donc occuper douze positions mécaniques différentes. Trois exemples parmi les douze positions possibles :
- Rotacteur en position 1 : contact entre les bornes A et 1.
- Rotacteur en position 3 : contact entre les bornes A et 3.
- Rotacteur en position 11 : contact entre les bornes A et 11.

Modèle 2P6T

Dessin en haut à droite
En tournant l'axe du rotacteur, le point commun A peut être relié électriquement à l'une des six bornes 1 à 6 (toujours une seule borne à la fois), sans jamais pouvoir être en contact électrique avec les bornes 7 à 12. De même, le point commun B peut être relié électriquement à l'une des six bornes 7 à 12, sans jamais pouvoir être en contact électrique avec les bornes 1 à 6. On a bien affaire à deux sélecteurs 1 position parmi 6 dans un même boîtier, totalement indépendants d'un point de vue électrique, mais dépendants (couplés) d'un point de vue mécanique. L'axe du rotacteur peut donc occuper six positions mécaniques différentes. Trois exemples parmi les six positions possibles :
- Rotacteur en position 1 : contact entre les bornes A et 1, ainsi qu'entre les bornes B et 7.
- Rotacteur en position 3 : contact entre les bornes A et 3, ainsi qu'entre les bornes B et 9.
- Rotacteur en position 6 : contact entre les bornes A et 6, ainsi qu'entre les bornes B et 12.

Modèle 3P4T

Dessin en bas à gauche
Le point commun A peut être relié à l'une des quatre bornes 1 à 4 (et à aucune autre), le point commun B peut être relié à l'une des quatre bornes 5 à 8 (et à aucune autre), et le point commun C peut être relié à l'une des quatre bornes 9 à 12 (et à aucune autre). Trois exemples parmi les quatre positions possibles :
- Rotacteur en position 1 : contact entre les bornes A et 1, entre les bornes B et 5, ainsi qu'entre les bornes C et 9.
- Rotacteur en position 3 : contact entre les bornes A et 3, entre les bornes B et 7, ainsi qu'entre les bornes C et 11.
- Rotacteur en position 4 : contact entre les bornes A et 4, entre les bornes B et 8, ainsi qu'entre les bornes C et 12.
Ci-après, une vue détaillée d'un commutateur de type 3P4T, marque Lorlin (clic pour agrandir) :

Modèle 4P3T

Dessin en bas à droite
Le point commun A peut être relié à l'une des trois bornes 1 à 3 (et à aucune autre), le point commun B peut être relié à l'une des trois bornes 4 à 6 (et à aucune autre), le point commun C peut être relié à l'une des quatre bornes 7 à 9 (et à aucune autre), et le point commun D peut être relié à l'une des trois bornes 10 à 12 (et à aucune autre).
- Rotacteur en position 1 : contact entre les bornes A et 1, entre les bornes B et 4, entre les bornes C et 7, ainsi qu'entre les bornes D et 10.
- Rotacteur en position 2 : contact entre les bornes A et 2, entre les bornes B et 5, entre les bornes C et 8, ainsi qu'entre les bornes D et 11.
- Rotacteur en position 3 : contact entre les bornes A et 3, entre les bornes B et 6, entre les bornes C et 9, ainsi qu'entre les bornes D et 12.

Remarque

• Certains commutateurs de type 1P12T ne disposent vraiment que d'un seul contact commun au centre (nommé A), et d'autres possèdent quatre contacts mais dont un seul est câblé (celui nommé A).
• Il est possible de relier entre eux les points communs d'un 2P6T, d'un 3P4T ou d'un 4P3T pour en faire un 1P12T.
• Les contacts peuvent être de type "court-circuitant" (MBB = Make Before Break) ou "non court-circuitant" (BBM = Break Before Make), ce qui signifie que les points "en cours de commutation" sont ou non brièvement en contact quand on passe d'une position à l'autre. Cela peut être problématique dans certains montages, et sans aucune conséquence (et même requis) dans d'autres.
• Une petite bague amovible permet de limiter le débattement de l'axe du commutateur, le cas échéant. Vous pouvez ainsi limiter à 8 le nombre de déplacements d'un commutateur de type 1P12T qui autorise normalement 12 positions. De même, il est possible de limiter à 4 le nombre de déplacements d'un commutateur de type 2P6T qui autorise normalement 6 positions.

Nombre élevé de pôles

Quand le nombre de pôle est élevé, il faut plusieurs galettes (2, 3, 4, 5 ou même 6). Pour un commutateur 10 pôles 6 positions, on peut ainsi se trouver devant 5 galettes, chacune prenant en charge 2 pôles pour 6 positions distinctes (photo de gauche ci-après), et pour un commutateur 4 pôles 8 positions, on peut se trouver devant 4 galettes, chacune prenant en charge 1 pôle pour 8 positions distinctes (photo de droite ci-après) :

Câblage direct de composants sur le commutateur

Quand le commutateur rotatif est utilisé pour commuter une résistance parmi plusieurs ou un condensateur parmi plusieurs (préampli microphone ou égaliseur par exemple), il est souvent plus intéressant de câbler directement les composants sur le commutateur lui-même pour limiter le nombre de fils de liaison.


(cliquer pour agrandir)

Bien sûr, on peut aussi câbler le commutateur avec les composants sur un unique circuit imprimé. Dans ce cas plus aucun fil de liaison additionnel n'est requis pour les composants à commuter puisque les liaisons se font au niveau des pistes de cuivre du circuit imprimé. Il faut dans ce cas faire attention au choix du commutateur, dont la forme des broches doit être adaptée pour un soudage direct sur circuit imprimé. Notez que l'opération est plus délicate avec des commutateurs à plusieurs galettes...

Commutateurs avec "contacts intermédiaires"

Il existe parfois une certaine confusion pour les commutateurs "5 voies" utilisés dans certaines guitares pour sélectionner le ou les micros à faire jouer :



Ce type de commutateur est en fait un commutateur 2 pôles 3 contacts (double sélecteur trois voies) mais qui permet de rester entre deux positions pour établir deux contacts simultanés, ce qui permet de disposer de 5 positions physiques :



Ce type de commutateur est bien différent du sélecteur à 5 positions qui possède 5 contacts électriques totalement séparés.